膜タンパク質を模倣した精密合成高分子による集積応答型膜システムの構築

• Project Area: Bottom-up creation of cell-free molecular systems: surpassing nature
• Project/Area Number: 22H05430
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 長尾 匡憲 九州大学, 工学研究院, 助教 (40904008)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: 合成高分子 / 高分子膜 / ブロック高分子 / QCM-D / 糖鎖 / 生体模倣 / 自己組織化 / 分子システム / 分子膜 / 二重膜

Outline of Research at the Start

近年の精密重合技術の発展により、生体高分子 (タンパク質など) のように均一なモノマー配列や分子長さをもつ合成高分子が作製され、分子間結合のような優れた機能が発現されてきている。しかし実際の生体では膜タンパク質のように分子システムの中で機能を発現するものも存在する。合成高分子が流動性の膜に組み込まれた状態で分子間結合を示すために必要な構造が明らかになれば、膜の分子システムを模倣した人工分子システムの構築につながる。そこで本研究では標的分子との結合部位、疎水的な部位、および集積応答部位をもつ合成高分子を作製し、標的タンパク質との結合によって凝集誘起発光を示す高分子二重膜システムを開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では合成高分子による分子二重膜を基板上に形成し、生体分子との分子認識を介したシステム的な応答挙動の達成を目標とした。前年度までに、リビング重合によりブチルアクリレートおよびジメチルアクリルアミドからなる両親媒性のブロックポリマーを合成し、ＱＣＭ－Ｄのガラス基板上に膜の形成を確認した。それぞれのブロックが100量体ずつからなる組成が最も高いセンサー表面被覆率を示した。本年度はこのブロックポリマーに対してマンノース糖鎖を導入したものを２種類作製した。ひとつは糖鎖モノマーをジメチルアクリルアミド部分にランダム共重合したもの、もう一つはジメチルアクリルアミドの次にブロック重合したものである。これらを用いてＱＣＭ－Ｄセンサー基板上に高分子膜を形成し、標的タンパク質であるコンカナバリンＡの結合挙動を評価した。結果として、糖鎖をランダム的に親水部に導入した高分子で作製した膜の方が、タンパク質に対して強い結合力を示した。またマンノース糖鎖に対して結合を示さない別のタンパク質（ピーナッツアグルチニン）では結合が見られなかったことから、たしかに糖鎖に由来するコンカナバリンの結合であることを確認した。結合に伴う粘弾性は、２種類の糖鎖高分子で差が見られなかったことから、作製した高分子膜の結合力の違いは動的な性質の差ではなく、糖鎖の提示様式の差であることが考えられた。
本研究の成果は国際論文として出版された。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of cellular membrane-mimicking glycopolymer interfaces by a solvent-assisted method on QCM-D sensor chips and their molecular recognition (2024)
  • Author(s): Masanori Nagao, Tsukuru Masuda, Madoka Takai, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry B Volume: 12 Issue: 7 Pages: 1782-1787
  • DOI: 10.1039/d3tb02663a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of Cyclic Glycopolymers Molecular Mobility on their Interactions with Lectins (2024)
  • Author(s): Wenkang Jin, Masanori Nagao, Yusuke Kumon, Hikaru Matsumoto, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: ChemPlusChem Volume: -
  • DOI: 10.1002/cplu.202400136
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preparation of an amphipathic polymer library in a mixture of water/ethanol by photoinduced polymerization and evaluation of the cryoprotective activity (2023)
  • Author(s): Masanori Nagao, Shuya Tanaka, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Materials Advances Volume: 4 Issue: 15 Pages: 3192-3196
  • DOI: 10.1039/d3ma00251a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Correlation between Self-Folding Behavior of Amphiphilic Polymers and Their Molecular Flexibility (2023)
  • Author(s): Masanori Nagao, Yoshiko Miura
  • Journal Title: ACS Macro Letters Volume: 12 Issue: 6 Pages: 733-737
  • DOI: 10.1021/acsmacrolett.3c00182
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of Glycopolymers for Controlling the Interactions with Lectins (2023)
  • Author(s): M Nagao, H Matsumoto, Y Miura
  • Journal Title: Chemistry-An Asian Journal Volume: 18 Issue: 19 Pages: 19-19
  • DOI: 10.1002/asia.202300643
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Continuous-Flow PET-RAFT Polymerization in a Packed-Bed Reactor with Porphyrin-Immobilized Silica Particles (2023)
  • Author(s): M Nagao, A Horie, H Matsumoto, Y Hoshino, Y Miura
  • Journal Title: Industrial & Engineering Chemistry Research Volume: 63 Issue: 1 Pages: 200-209
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.3c03496
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ブロック高分子による平面上への膜形成と分子認識 (2023)
  • Author(s): 長尾 匡憲
  • Organizer: 第３回領域会議 学術変革Ａ「超越分子システム」